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O que são telas LED de sete segmentos?Compreendendo a tecnologia por trás dos números

Uma tela de sete segmentos (SSD) é um tipo de tela eletrônica usada para mostrar números e algumas letras.Apareceu pela primeira vez no início dos anos 1900 e se tornou popular porque é simples e funciona bem.Os displays de sete segmentos baseados em LED são amplamente utilizados porque são brilhantes e fáceis de ver.Eles vêm em tamanhos diferentes, de minúsculos nos gadgets portáteis a grandes painéis que podem ser vistos de longe em diferentes condições de iluminação.Este artigo analisa os detalhes e os tipos de exibições de sete segmentos, incluindo suas peças, como elas funcionam e suas vantagens em relação a outras exibições, como LCDs.Ele também explica as diferenças entre ânodo e cátodo comuns e como eles atendem a diferentes necessidades eletrônicas.O artigo explora ainda mais como nove, quatorze e dezesseis monitores, melhoram o reconhecimento de caracteres e expandem seus usos.

Catálogo

Figura 1: tela LED de sete segmentos

Estrutura de um LED de sete segmentos

Uma tela LED de sete segmentos consiste em oito partes: sete segmentos rotulados de 'A' a 'G' e um ponto decimal (DP).Cada segmento é um pequeno LED configurado para formar partes de numerais e algumas letras quando iluminado em combinação.Aqui está uma visão detalhada de cada segmento e sua função:

Segmento 'a':

Este segmento horizontal está localizado na parte superior da tela.Aumenta -se para formar a parte superior dos números e cartas como 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, A, E e F.

Segmento 'b':

Encontrado no lado superior direito, este segmento vertical é bom para formar a parte direita de muitos números e letras.Aparece em 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, A, B, D e E.

Segmento 'c':

Localizado no lado direito inferior, este segmento vertical funciona com o segmento 'B' para completar o lado direito dos caracteres.É usado em 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e A, D.

Segmento 'd':

Este segmento horizontal está na parte inferior da tela.Ele forma a base da maioria dos números e algumas letras, iluminando 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, A, D, E e G.

Segmento 'e':

Encontrado no lado inferior esquerdo, este segmento vertical ajuda a formar a parte inferior esquerda dos caracteres.Ele acende em 0, 2, 6, 8, E e F.

Segmento 'f':

Localizado no lado superior esquerdo, este segmento vertical pares com segmento 'e' para completar o lado esquerdo dos caracteres.É ativo em 0, 4, 5, 6, 8, 9, E e F.

Segmento 'g':

Este segmento horizontal intermediário cruza a tela.Ele adiciona golpes para formar números e letras de maneira eficaz, aparecendo em 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, A, E e G.

Ponto decimal (DP):

Posicionado ao canto inferior direito dos segmentos e o ponto decimal é usado para exibir valores decimais.Isso aprimora a capacidade da tela de mostrar valores numéricos precisos, como quantidades ou medições monetárias.

Cada segmento pode ser controlado individualmente ou em combinação para representar uma ampla variedade de dados numéricos e alfabéticos.Isso faz com que a exibição de sete sete seja melhor para leituras digitais simples.

Figura 2: Peças de exibição LED de sete segmentos

Comparação de displays LED e LCDs

Uso de energia e eficiência

Displays LED: Use mais energia porque emitem luz diretamente dos diodos.Eles são muito visíveis, mesmo em lugares brilhantes.

LCDS: Use menos energia, pois eles não emitem luz diretamente.Eles precisam de luz de fundo ou uma superfície reflexiva, tornando-os mais eficientes em termos de energia e bons para dispositivos movidos a bateria.

Visibilidade e brilho

Displays LED: muito brilhante e claro, bom para áreas ao ar livre e bem iluminadas.Eles permanecem claros de diferentes ângulos sem perder a qualidade.

• LCDs: os modernos são melhores com visibilidade e brilho devido a luzes e cores aprimoradas, mas geralmente têm ângulos de visão limitados e menor brilho em comparação aos LEDs.

Custo

Displays LED: design simples, mais fácil e mais barato para mostrar números e caracteres limitados.

LCDS: Mais complexo com camadas extras e peças como filtros e células de cristal líquido.Isso os torna mais caros, mas capazes de mostrar imagens e textos detalhados.

Vida útil

Os displays LED: duráveis ​​e duradouros podem lidar com condições difíceis.Menos afetado por coisas como temperatura e umidade.

LCDS: Durável, mas pode ter problemas em temperaturas extremas e sofrer de retenção de imagens ou "queima" ao longo do tempo.

Figura 3: Displays de LED e LCDs

Tipos de exibições de sete segmentos

Ânodo comum

Em uma configuração comum de ânodo, os ânodos de todos os LEDs (ou diodos) são conectados a um ponto compartilhado geralmente a fonte de tensão positiva.Cada cátodo de LED ou diodo é então conectado ao circuito ou aterramento de controle através de um resistor individualmente.Para iluminar um LED específico, você aplica uma baixa tensão (perto do solo) ao cátodo.A aplicação de uma tensão mais alta (perto do suprimento positivo) ao cátodo desvia o LED.

Como funciona?

Ao usar uma tela de ânodo comum com um microcontrolador, os segmentos individuais acendem, aterrando seus respectivos catodos.O microcontrolador envia um sinal baixo (0V ou terra) para o cátodo do segmento a ser iluminado.Isso permite que a corrente flua do ânodo comum através do segmento para o solo, iluminando -o.Para desligar um segmento, o microcontrolador envia um sinal alto (próximo à tensão de alimentação) e interrompe o fluxo de corrente e mantendo o segmento escuro.

Em uma tela de sete de ânodo comum, todas as conexões do ânodo dos segmentos de LED são conectadas a um único pino comum e depois vinculadas à fonte de tensão positiva (lógica "1").Como resultado, todos os ânodos estão em alto potencial.Para iluminar um segmento específico, uma baixa tensão (lógica "0") é aplicada ao seu cátodo e aterrando -o.Isso completa o circuito entre o alto potencial no ânodo e o baixo potencial no cátodo, fazendo com que o segmento acenda.

Vantagens

As exibições do ânodo funcionam bem com circuitos lógicos positivos, onde uma saída alta (lógica 1) significa que o segmento está desativado e uma saída baixa (lógica 0) significa que o segmento está ativado.Além disso, isso é simples para muitos designers digitais.Com o ânodo conectado a um único ponto de alimentação positivo, a fiação é direta e reduzindo a complexidade geral do circuito.

Desvantagens

O microcontrolador ou o circuito do driver deve obter corrente para iluminar os segmentos que podem ser difíceis para aplicações ou controladores de baixa potência com recursos limitados de fornecimento de corrente.

Figura 4: ânodo comum e cátodo comum

Cátodo comum

Uma configuração de cátodo comum conecta os catodos de todos os LEDs a um ponto compartilhado e ligado ao solo ou suprimento de tensão negativo.Os ânodos estão conectados à oferta positiva através de resistores individuais.Para iluminar um LED, você aplica uma alta tensão (perto do suprimento positivo) ao seu ânodo.A abaixamento da tensão do ânodo para o nível do solo próximo ao LED desligar.

Como funciona?

Ao usar uma exibição de cátodo comum com um microcontrolador, os segmentos individuais acendem aplicando um sinal alto aos seus respectivos ânodos.O microcontrolador envia um sinal alto (próximo à tensão de alimentação) para o ânodo do segmento a ser iluminado.Isso permite que a corrente flua do ânodo através do segmento para o cátodo comum (solo), iluminando -o.Para desligar um segmento, o microcontrolador envia um sinal baixo, interrompendo o fluxo de corrente e mantendo o segmento escuro.

Em uma tela de sete cátodo comum, todas as conexões do cátodo dos segmentos de LED estão ligadas a um pino comum conectado ao nível do solo ou zero de tensão (lógica "0").Nesta configuração, os catodos estão em baixo potencial.Para iluminar um segmento, uma alta tensão (lógica "1") é aplicada ao seu ânodo, aumentando seu potencial em relação ao cátodo.Esse maior potencial no ânodo em relação ao cátodo permite que o segmento acenda.

Vantagens

As exibições cátodias comuns funcionam bem com circuitos lógicos negativos, onde uma saída alta (lógica 1) significa que o segmento está ligado e uma saída baixa (lógica 0) significa que o segmento está desativado.Além disso, o microcontrolador ou o circuito de driver precisa afundar a corrente para iluminar os segmentos e geralmente mais eficiente e gerenciável para muitos controladores, especialmente aqueles projetados com altos recursos de afundamento de corrente.

Desvantagens

O cátodo comum requer mais conexões de fiação, pois o ânodo de cada segmento deve ser conectado individualmente ao circuito de controle, tornando o design do circuito mais complexo.

Diferenças entre ânodo comum e displays de cátodo comum

Aspecto	Exibições de ânodo comum	Exibições cátodias comuns
Lógica de direção	Segmentos ativados puxando o cátodo para o chão (lógica "0").	Segmentos ativados dirigindo o ânodo alto (lógica "1").
Compatibilidade com famílias lógicas	Melhor com famílias lógicas que fonte atual (alto nível lógico).	Melhor com famílias lógicas que afundam atual (baixo nível lógico).
Design e complexidade do circuito	Pode ser mais complexo para interagir com microcontroladores.	Mais fácil de interagir com microcontroladores Essa saída de alta tensão para a lógica "1".
Disponibilidade e escolha de motoristas	Alguns motoristas são otimizados para o comum Configuração do ânodo.	Alguns motoristas são otimizados para o comum Configuração do cátodo.
Consumo de energia	O gerenciamento de tensão pode afetar o poder consumo em diferentes níveis de brilho e durante a multiplexação.

Como funcionam os monitores de sete segmentos?

O sete exibe o trabalho iluminando os LEDs.Um LED acende quando seu ânodo está em uma tensão mais alta que o cátodo.O brilho depende da corrente através dele, regulado por um circuito de driver para garantir uma visibilidade ideal sem sobrecarregar os LEDs.

O controle dos segmentos envolve ativá -los ou desligar enviando sinais.Os sinais podem ser enviados manualmente ou digitalmente por meio de um microcontrolador ou um IC de driver como o decodificador/driver de sete bcd para sete sete, que converte a entrada decimal codificada binária (BCD) nos sinais correspondentes para controlar os segmentos.

Figura 5: Exibe sete-segmento

Tabela de verdade

Uma tabela de verdade mostra quais segmentos iluminarem para cada personagem.Aqui está um exemplo para dígitos 0 a 9 e algumas letras (A, B, C, D, E, F):

Personagem	UM	B	C	D	E	F	G	Dp
0	1	1	1	1	1	1	0	0
1	0	1	1	0	0	0	0	0
2	1	1	0	1	1	0	1	0
3	1	1	1	1	0	0	1	0
4	0	1	1	0	0	1	1	0
5	1	0	1	1	0	1	1	0
6	1	0	1	1	1	1	1	0
7	1	1	1	0	0	0	0	0
8	1	1	1	1	1	1	1	0
9	1	1	1	1	0	1	1	0
UM	1	1	1	0	1	1	1	0
b	0	0	1	1	1	1	1	0
C	1	0	0	1	1	1	0	0
d	0	1	1	1	1	0	1	0
E	1	0	0	1	1	1	1	0
F	1	0	0	0	1	1	1	0

Como usar esta tabela para programar exibições de sete segmentos?

Cada coluna sob um segmento (A a G e DP para Ponto Decimal) mostra o estado necessário para que esse segmento exiba o caractere.

• "1" significa que o segmento está ligado (iluminado).

• "0" significa que o segmento está desligado.

Armazenar valores

• Armazene esses valores em um byte ou uma variedade de valores booleanos.

• Cada bit ou booleano representa um segmento.

Exemplo - exibindo "5"

• Encontre a linha para "5" na tabela.

• Defina os segmentos A, C, D, F e G para 1.

• Defina os segmentos B, E e DP como 0.

Envie dados para exibir

• Use o controle direto do PIN GPIO em um microcontrolador.

• Como alternativa, use um IC de driver que interpreta os sinais e produz as tensões corretas para os segmentos.

Olhando para a linha certa e definindo os segmentos conforme indicado, você pode programar a tela para mostrar diferentes caracteres.

Como o driver 4511 funciona com exibições de sete segmentos?

O driver 4511 é um chip que ajuda a mostrar números nos monitores de sete segmentos.Ele converte a entrada decimal codificada binária (BCD) em sinais que iluminam os segmentos corretos na tela.Este chip funciona bem com exibições de cátodo comuns, onde todos os cátodos de segmento estão conectados ao solo.

Quando em uso, o driver 4511 recebe uma entrada de BCD de quatro bits, representa um número decimal de 0 a 9. Cada bit pode ser alto (1) ou baixo (0).O motorista lê essa entrada e acende os segmentos corretos na tela.Por exemplo, para mostrar o número 5, a entrada do BCD é 0101. O motorista acende os segmentos A, C, D, F, F e G.Dentro do driver, os portões da lógica decodificaram a entrada do BCD para controlar cada segmento.As saídas fornecem os níveis de tensão necessários para iluminar os segmentos em uma configuração comum de cátodo, onde uma saída alta gira em um segmento.

A conexão de um driver 4511 a microcontroladores torna os exibos de sete segmentos mais funcionais e automatizados em sistemas digitais.Os microcontroladores podem enviar valores de BCD através de seus pinos de E/S digitais para o driver 4511 e depois mostra o número correspondente.Essa configuração é útil para sistemas com vários displays numéricos que precisam de controle simultâneo.O microcontrolador pode atualizar valores de exibição com base nos dados do sensor, entradas do usuário ou cálculos internos.

Para integrar o driver com um microcontrolador, conecte os pinos de saída BCD do microcontrolador aos pinos de entrada BCD do driver 4511.Outras conexões podem controlar a exibição ou desativar a função e o ponto decimal, dependendo do aplicativo.Em um relógio digital, um microcontrolador pode enviar dados de tempo para vários drivers 4511 para mostrar horas, minutos e segundos.Os microcontroladores podem trabalhar com outros dispositivos de controle, como interruptores, teclados ou interfaces de rede, fazendo interfaces de usuário complexas que usam exibições de sete segmentos.

Figura 6: 4511 Driver trabalha com exibições de sete segmentos

Aplicações de exibições de sete segmentos

Relógios digitais: mostre o tempo com alta visibilidade.

Figura 7: Relógio de exibição de sete segmentos

Aparelhos domésticos: usados ​​em microondas e fornos para exibir tempos de cozimento e temperaturas para conveniente e eficiente.

Indústria automotiva: usada em painéis de carro para velocidade e medidores de combustível para leituras rápidas e claras.

Figura 8: Speedômetros de sete segmentos e medidores de combustível

Exibir informações públicas: comum em elevadores e plataformas de transporte público, exibindo números ou mensagens simples em um formato que todos podem entender.

Jogos e entretenimento: as máquinas de pinball e caça -níqueis os usam para exibir pontuações e informações do jogo dinamicamente.

Painéis de controle industrial: Preferido em ambientes difíceis de mostrar leituras como temperaturas e pressões porque são duráveis ​​e fáceis de conectar com os circuitos eletrônicos.

Papel dessas exibições na Internet das Coisas (IoT)

Os displays de sete segmentos são importantes no design de interfaces para muitos dispositivos inteligentes na Internet das Coisas (IoT).

Em primeiro lugar, perfeito para sistemas pequenos, movidos a bateria ou de economia de energia usados ​​em aplicações de IoT.

Em seguida, fornece saídas de status claras ou configurações de temperatura em dispositivos domésticos inteligentes, como termostatos e sistemas de segurança, tornando a interação do usuário simples e barata.

Em seguida, fácil de integrar com sensores e microcontroladores usados ​​em dispositivos IoT.

Por fim, usado para aplicativos como medidores inteligentes e outros dispositivos de monitoramento, especialmente em áreas remotas ou de difícil acesso, fornecendo feedback visual imediato para alertar os usuários de alterações ou problemas.

Vantagens e limitações

Simplicidade e facilidade de uso

Os monitores de sete segmentos são fáceis de usar porque mostram números e alguns caracteres diretamente.Eles não precisam de programação complexa ou software extra e perfeitos para sistemas que precisam de displays numéricos básicos.

Custo-efetividade

Esses monitores são mais baratos em comparação com as tecnologias avançadas de exibição.Eles usam menos componentes e mecanismos de controle mais simples, reduz o custo geral do dispositivo.

Alta visibilidade

O design garante a legibilidade, mesmo em condições de pouca luz.Cada segmento emite luz brilhante e distinta, proporcionando alto contraste contra o fundo e aumenta a visibilidade.

Durabilidade

Feito de materiais resistentes, as exibições de sete segmentos podem lidar com variações de temperatura e estresse físico.

Funcionalidade limitada

A principal desvantagem é sua funcionalidade limitada.Eles só podem exibir números e alguns caracteres, tornando -os inadequados para aplicativos que precisam de texto ou gráficos complexos.

Ângulos de visualização restritos

Essas exibições geralmente têm ângulos de visualização limitados, uma desvantagem em situações em que as informações devem ser visíveis de diferentes perspectivas, como aplicações ao ar livre ou em grandes áreas.

Maior consumo de energia

Os monitores de sete segmentos usam mais energia do que outros tipos, como LCDs.Cada segmento aceso precisa de energia contínua e menos ideal para aplicações operadas por bateria ou sensíveis à energia.

Personalização limitada

O design e a funcionalidade são corrigidos que os restringem a dígitos e caracteres padrão.Essa falta de flexibilidade pode ser um problema em aplicativos que requerem mais personalização.

Variedades estendidas de displays segmentados

Nove exibições de segmento

A tela de nove segmentos se baseia no modelo padrão de sete segmentos, adicionando dois segmentos diagonais, colocados nas partes superior e inferior da tela.Essas exibições ganharam popularidade na década de 1970, especialmente em calculadoras, relógios digitais e dispositivos eletrônicos iniciais.

Figura 9: exibição de nove segmentos

Quatorze displays de segmento

A tela de quatorze segmentos, geralmente chamada de exibição de "Union Jack" devido à sua semelhança com a bandeira britânica quando todos os segmentos são iluminados, expande a estrutura de sete segmentos com quatro segmentos diagonais, dois verticais e um segmento horizontal médio dividido.Esse design intrincado permite uma gama mais ampla de símbolos e letras, melhorando bastante a capacidade da tela de transmitir informações.Essas exibições são comumente usadas em dispositivos de entretenimento e domésticos, como máquinas de pinball, máquinas de caça -níqueis, videocassetes, fornos de microondas e calculadoras.

Figura 10: Display de quatorze segmentos

Dezesseis exibições de segmento

A tela de dezesseis segmentos vai um passo além da versão de quatorze segmentos dividindo os segmentos horizontais superior e inferior em dois segmentos adicionais.Esse layout oferece uma flexibilidade ainda maior na representação de caracteres e permitindo a exibição de símbolos complexos e o aumento da visibilidade alfanumérica.Os monitores de dezesseis segmentos são frequentemente usados ​​em aparelhos de som de carros, exibições de identificação por telefone e outras interfaces multimídia que requerem exibição detalhada de caracteres.

Figura 11: Dezesseis exibições de segmento

Esta tabela descreve diferentes tipos de displays segmentados e seus recursos:

Tipo de exibição	Descrição
Exibições de nove segmentos	Melhor diferenciação de personagens do que sete segmentos.
Displays de quatorze segmentos	Mais personagens e usado no consumidor eletrônica.
Exibir de dezesseis segmentos	Mais detalhado e distingue semelhante caracteres.

Conclusão

Examinar os displays de sete segmentos e suas versões avançadas mostra sua importância nos displays digitais.Mesmo com tecnologias mais recentes, os displays de sete segmentos ainda são valiosos porque são simples, baratos e confiáveis.Este artigo cobre sua estrutura básica, como eles funcionam e os compara aos LCDs.A discussão sobre seu uso na Internet das Coisas (IoT) e várias indústrias destaca sua flexibilidade e importância duradoura.A mudança de sete para dezesseis exibições mostra o esforço contínuo de melhor funcionalidade e comunicação visual.No final, os monitores de sete segmentos provam que as soluções básicas de engenharia podem suportar sistemas complexos, equilibrando métodos antigos com novas idéias no mundo digital.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. Por que é chamado de exibição de 7 segmentos?

Uma tela de 7 segmentos recebe esse nome de sete segmentos de luz que podem ser ativados ou desligados em diferentes padrões para mostrar números e algumas letras.Esses segmentos são organizados em um padrão semelhante a uma figura oito.

2. Como você controla uma tela de 7 LED de segmento?

Você controla uma tela de LED de 7 segmentos enviando sinais elétricos para os segmentos que deseja iluminar.Isso geralmente é feito com um microcontrolador ou um circuito digital que envia sinais de alta ou baixa tensão para o pino de controle de cada segmento, ligando -os ou desligados conforme necessário.

3. Como saber se o 7-segmento é cátodo ou ânodo?

Para descobrir se uma tela de 7 segmentos é cátodo comum ou ânodo comum, verifique a fiação ou a folha de dados.Em uma exibição comum de cátodo, todos os lados negativos (cátodos) são conectados e você acende segmentos aplicando tensão positiva.Em uma tela de ânodo comum, todos os lados positivos (ânodos) são conectados e você acende segmentos aplicando terra ou baixa tensão.

4. Como verificar o funcionamento de uma tela de sete segmentos?

Para verificar se uma tela de sete segmentos funciona, aplique a energia a cada segmento um por um e veja se eles acendem.Use uma fonte de energia com os resistores certos, conectando -o ao pino de cada segmento, enquanto o pino comum (cátodo ou ânodo) está conectado ao solo ou à energia, respectivamente.Se cada segmento acender, a tela estará funcionando.

5. Como você testa uma tela de 7 segmentos com um multímetro?

Para testar uma tela de 7 segmentos com um multímetro, defina-o no modo de teste de diodos.Conecte o pino comum (ânodo ou cátodo) ao chumbo multímetro correspondente (positivo para ânodo, negativo para o cátodo).Toque no outro chumbo a cada pino de segmento.Um segmento de trabalho mostrará uma queda de tensão no multímetro (em torno de 1,7 a 2,0 volts para LEDs).Se não houver queda de tensão, o segmento poderá estar com defeito.

6. Quantos pinos existem em um liderado por sete segmentos?

Uma tela básica de sete single tem 10 pinos-sete para cada segmento, um para o ponto decimal e dois para as conexões comuns (cátodo ou ânodo).O número de pinos pode variar com exibições duplas ou recursos adicionais.